超高感度シンチレーターによるレプトンの性質と弱い相互作用の研究

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(1)宇宙暗黒物質の主成分と考えられるWIMPs(Weakly Interacting Massive Particles)を、原子核との弾性散乱および非弾性散乱による検出を行うために、超高感度シンチレーターを開発した。はじめに、シンチレーター素材にNaI(Tl)を選択した。NaI(Tl)はWIMPsとの弾性散乱に対する散乱断面積が大きいだけでなく、^<127>Iとの非弾性散乱の断面積が大きいうえ、散乱断面積の核行列要素がM1遷移確率から実験的に精密に知られているという大きな利点がある。(2)平成13年度にはNaI(Tl)シンチレーターの高純度化を行った。シンチレーター素材だけでなく、周囲の物質の不純物にも注意して材料を選択した結果、ウラン系列についておよそ12μBq/kgに達する高純度を得た。この値は、世界で最も純度が高く、関連学会で報告し、高い評価を得ている。(論文2,3,4)(3)更にELEGANT Vによる^<100>Moの二重ベータ崩壊の測定および解析を進め、神岡地下実験室および大塔コスモ観測所における計621日の測定により、マヨロン放出による二重ベータ崩壊の半減期に対し、世界で最も厳しい制限を与えることに成功した(論文1)。(4)超高純度シンチレーターを用いたWIMPs探索のために、検出器のデザインを検討し、厚さ0.5mmの超薄型NaI(Tl)を積層させてシステムを組み立てることを決めた。その計画の最も重要な技術的基盤である厚さ0.5mm、直径5cmの大面積・超薄型NaI(Tl)結晶の開発を行った。NaI(Tl)はモース硬度が2の極めて脆い結晶であるため、大面積・超薄型のNaI(Tl)製造は不可能であると考えられていたが、特許申請中の技術によりその製造に成功した。この超薄型の性能を確認した結果は、平成15年3月29日の日本物理学会年会で報告した。(論文4,特許1)